Nikkeliakun kennojen korvaaminen litiumionikennoilla
Häyhä, Juuso (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231005138858
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231005138858
Tiivistelmä
Toimintakykynsä menettäneen akun korjaaminen tee-se-itse-menetelmin on mahdollista korvaamalla sen kennot uusilla. Litiumionikennojen kasvava kehitys ja yleistyminen voivat saada vanhentuneen nikkeliakun omistajan kiinnostumaan mahdollisuudesta korvata vanhat nikkelikennot litiumionikennoilla. Tämä työ kartoittaa kirjallisuuskatsauksen menetelmin kennotyypin vaihdoksen taustateoriaa, toteutuksen mahdollisuutta ja oleellisia huomioonotettavia asioita vaihdoksen suunnittelussa.
Tuloksissa nähdään kennotyyppien erojen asettavan lisävaatimuksia uusioakun rakenteelle. Erityisesti litiumionikennojen vaarallisuus vikatilanteissa edellyttää turvallisuuden priorisointia työssä. Samasta syystä akkuun on välttämätöntä lisätä erillinen suojapiiri. Kennotyyppien erisuurten nimellisjännitteiden vuoksi kennotopologiaa on muokattava. Muut sähköiset ominaisuudet kuten maksimivirrat on huomioitava tarkasti akun turvallisen toiminnan varmistamiseksi.
Tulosten perusteella todetaan kennotyypin vaihdoksen olevan mahdollista edellä mainitut asiat huomioiden. Muunnetun akun ennustetaan vanhaan akkuun verrattuna parantuneita ominaisuuksia, kuten suurempaa kapasiteettia ja pienempää massaa. Vanhan laturin käyttö muunnetun akun kanssa ei ole kennotyyppien yhteensopimattomien latausalgoritmien vuoksi suositeltavaa. Ylipäätään vaihdoksen toteuttamista ei työn perusteella voida suositella ilman riittävää alan osaamista, sillä litiumionikennot muodostavat vikaantuessaan merkittävän turvallisuusriskin. Restoring an expired battery is possible with DIY methods by replacing its constituent cells with new ones. Increasing development and prevalence of lithium-ion cells may lead an owner of an expired nickel-based battery to entertain the possibility of replacing the old nickel cells with lithium-ion ones. By means of a literature review, this work charts the background theory, feasibility, and essential design considerations of such a cell conversion.
The results of the work show that differences in the two cell types set additional requirements for the structure of the converted battery. Danger posed by malfunctioning lithium-ion cells necessitates safety as the top priority over the course of the work. For the same reason, it is obligatory to install a dedicated protection circuit into the converted battery. Difference in the nominal voltages of the cell types necessitate modifications to the battery’s cell topology. Other electrical characteristics, such as maximum currents, must be considered carefully to ensure safe operation of the battery.
Based on the results, the cell conversion is deemed possible to implement, provided that the conditions listed above are met. Improved performance, such as higher capacity and lower mass could be expected from the converted battery, relative to the original. Using the original battery charger with the converted battery is deemed infeasible due to the cell types’ incompatible charging algorithms. Overall, implementation of this kind of cell conversion without sufficient skills in the field is strongly advised against, due to the severe risk posed by malfunctioning lithium-ion cells.
Tuloksissa nähdään kennotyyppien erojen asettavan lisävaatimuksia uusioakun rakenteelle. Erityisesti litiumionikennojen vaarallisuus vikatilanteissa edellyttää turvallisuuden priorisointia työssä. Samasta syystä akkuun on välttämätöntä lisätä erillinen suojapiiri. Kennotyyppien erisuurten nimellisjännitteiden vuoksi kennotopologiaa on muokattava. Muut sähköiset ominaisuudet kuten maksimivirrat on huomioitava tarkasti akun turvallisen toiminnan varmistamiseksi.
Tulosten perusteella todetaan kennotyypin vaihdoksen olevan mahdollista edellä mainitut asiat huomioiden. Muunnetun akun ennustetaan vanhaan akkuun verrattuna parantuneita ominaisuuksia, kuten suurempaa kapasiteettia ja pienempää massaa. Vanhan laturin käyttö muunnetun akun kanssa ei ole kennotyyppien yhteensopimattomien latausalgoritmien vuoksi suositeltavaa. Ylipäätään vaihdoksen toteuttamista ei työn perusteella voida suositella ilman riittävää alan osaamista, sillä litiumionikennot muodostavat vikaantuessaan merkittävän turvallisuusriskin.
The results of the work show that differences in the two cell types set additional requirements for the structure of the converted battery. Danger posed by malfunctioning lithium-ion cells necessitates safety as the top priority over the course of the work. For the same reason, it is obligatory to install a dedicated protection circuit into the converted battery. Difference in the nominal voltages of the cell types necessitate modifications to the battery’s cell topology. Other electrical characteristics, such as maximum currents, must be considered carefully to ensure safe operation of the battery.
Based on the results, the cell conversion is deemed possible to implement, provided that the conditions listed above are met. Improved performance, such as higher capacity and lower mass could be expected from the converted battery, relative to the original. Using the original battery charger with the converted battery is deemed infeasible due to the cell types’ incompatible charging algorithms. Overall, implementation of this kind of cell conversion without sufficient skills in the field is strongly advised against, due to the severe risk posed by malfunctioning lithium-ion cells.